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Modélisation ARMA des rentabilités financières

Autocorrélation, autocorrélogramme et mémoire

Modélisation ARMA des rentabilités financières
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Modélisation ARMA des rentabilités financières

Chapitre 10 : Autocorrélation, autocorrélogramme et mémoire

Auteur·rice
Affiliation

Jaouad Madkour

Faculté d’Économie et de Gestion de Tanger

Date de publication

25 septembre 2026

Avant de commencer

Le passage de la théorie à l’observation

Le chapitre 9 a donné les \rho_k théoriques. Il faut maintenant les estimer sur données, les représenter, et disposer d’un second instrument pour distinguer ce que l’ACF seule ne sépare pas.

Estimer l’autocorrélation

Les formules empiriques

Autocovariance et autocorrélation empiriques

\hat{\gamma}_k = \frac{1}{T}\sum_{t=k+1}^{T}(x_t-\bar{x})(x_{t-k}-\bar{x}), \qquad \hat{\rho}_k = \frac{\hat{\gamma}_k}{\hat{\gamma}_0}.

Pourquoi diviser par T et non par T-k

Le diviseur T produit un estimateur légèrement biaisé, mais garantit que la matrice des autocovariances reste définie positive — condition indispensable à l’estimation. On préfère un petit biais à une incohérence.

Combien de retards examiner

Règles d’usage

On calcule les \hat{\rho}_k jusqu’à K \approx T/4, souvent plafonné à 20 ou 40 retards.

La précision se dégrade avec k

\hat{\rho}_k ne repose que sur T-k paires. Les autocorrélations de rang élevé sont estimées sur peu d’observations : elles sont bruitées, et il ne faut pas les surinterpréter.

L’autocorrélogramme

Sa lecture

Autocorrélogramme

Le graphique de \hat{\rho}_k contre k, avec les bandes \pm 1{,}96/\sqrt{T}.

Ici, la coupure après le retard 1 est nette : c’est la signature d’un MA(1).

Trois profils, trois diagnostics

Ce que la forme révèle
Profil de l’ACF Diagnostic
tout dans les bandes bruit blanc : aucune mémoire
coupure nette après q MA(q)
décroissance géométrique AR ou ARMA
décroissance très lente, quasi linéaire non stationnaire : différencier
Le dernier cas est un signal d’alarme

Une ACF qui reste élevée sur trente retards ne dit pas « longue mémoire » : elle dit que la série n’a pas été stationnarisée. Aucun ARMA ne doit être estimé avant d’y avoir remédié.

L’autocorrélation partielle

Le problème que l’ACF ne résout pas

Le cas de l’AR(1)

Dans un AR(1), \rho_2 = \alpha^2 \neq 0. Pourtant y_t ne dépend de y_{t-2} que par l’intermédiaire de y_{t-1} : il n’y a aucun lien direct.

L’ACF ne distingue pas le lien direct du lien transmis. Elle ne peut donc pas révéler l’ordre p.

La définition

Autocorrélation partielle

\phi_{kk} est la corrélation entre y_t et y_{t-k} une fois retiré l’effet des variables intermédiaires y_{t-1},\dots,y_{t-k+1}.

De façon équivalente : \phi_{kk} est le coefficient du dernier terme dans la régression y_t = \phi_{k1}y_{t-1} + \phi_{k2}y_{t-2} + \dots + \phi_{kk}y_{t-k} + u_t .

La formulation à retenir

« Ce que y_{t-k} apporte en plus de ce qu’apportent déjà les retards plus proches. »

Le résultat décisif

La PACF d’un AR(p)

Pour un AR(p), \phi_{kk} = 0 dès que k > p.

Pourquoi c’est exactement ce qu’il fallait

Au-delà de p retards, le modèle ne contient plus rien : ajouter y_{t-p-1} n’apporte aucune information nouvelle. La PACF coupe là où l’ACF ne coupait jamais.

C’est la symétrie parfaite du MA : l’ACF coupe pour un MA, la PACF coupe pour un AR.

Voir la symétrie

AR(1) : l’ACF décroît géométriquement, la PACF coupe après le retard 1.

Voir la symétrie (suite)

MA(1) : l’ACF coupe après le retard 1, la PACF décroît.

Le cas AR(2)

Deux pics significatifs sur la PACF, puis plus rien : p = 2 se lit directement.

Le cas MA(2)

Deux pics sur l’ACF, puis coupure : q = 2. La PACF, elle, s’étire — c’est l’image en miroir exacte du cas précédent.

Le cas mixte

Le point faible de la méthode

Pour un ARMA(1,1), ni l’ACF ni la PACF ne coupent : les deux décroissent. On sait qu’il s’agit d’un modèle mixte, mais on ne lit ni p ni q.

C’est cette difficulté qui justifie les deux outils du chapitre 11 — la fonction d’autocorrélation étendue — et les critères d’information du chapitre 12.

Mémoire et stationnarité

Le lien

Décroissance des autocorrélations et stationnarité

Un processus stationnaire a des autocorrélations qui tendent vers zéro. Un processus à racine unitaire a des autocorrélations qui ne décroissent pratiquement pas.

La marche aléatoire, calculée

Pour y_t = y_{t-1}+\varepsilon_t partant de y_0=0 : \mathrm{Corr}(y_t, y_{t+k}) = \sqrt{\frac{t}{t+k}}. Sur un échantillon de 1000 observations, la corrélation à 10 retards vaut encore 0{,}995. Le corrélogramme est presque plat à 1 : impossible de le confondre avec un ARMA stationnaire.

Le tableau de synthèse

Ce qu’il faut savoir lire — la table d’identification
Modèle ACF PACF
Bruit blanc nulle partout nulle partout
AR(p) décroissance géométrique coupure après p
MA(q) coupure après q décroissance géométrique
ARMA(p,q) décroissance après q décroissance après p
I(1) décroissance très lente pic proche de 1 en k=1
C’est la table de tout le reste du cours

Cette table est l’instrument de l’étape d’identification. Le chapitre 11 en montre l’usage sur données réelles — avec ses pièges.

Synthèse

Ce qu’il faut retenir

L’essentiel du chapitre 10
  • \hat{\rho}_k s’estime sur T-k paires : les retards élevés sont peu fiables.
  • L’autocorrélogramme se lit avec les bandes \pm1{,}96/\sqrt{T}.
  • La PACF mesure le lien direct, une fois neutralisés les retards intermédiaires.
  • Symétrie fondamentale : l’ACF coupe pour un MA(q), la PACF coupe pour un AR(p).
  • Pour un ARMA mixte, aucune des deux ne coupe : il faudra d’autres outils.
  • Une ACF qui décroît très lentement signale la non-stationnarité, pas la mémoire longue.
Vers la partie IV

Nous disposons de tout l’appareil théorique. Reste à en faire une méthode : c’est la démarche en trois temps de Box et Jenkins.

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Ressources du chapitre

  • Diapositives
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  • Exercices corrigés
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  • — Vidéo
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